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1、半导体材料 2期末复习3考试题型 填空20分，每空1分 判断题20分，每题2分 名词解释20分，每题4分 问答题40分，6个题目 闭卷 AB卷4考试内容 前8章 课上补充内容 作业 期末复习题 复习資料5半导体材料概述 从电学性质上讲（主要指电阻率） 绝缘体10121022 .cm 半导体10-61012 .cm 良导体10-6.cm 正温度系数（对电导率而言） 负温度系数（对电阻率而言） 导体？6半导体材料的分类（按化学组成分类） 无机物半导体 元素半导体：（Ge, Si） 化合物半导体 三、五族GaAs 二、六族 有机物半导体7能带理论（区别三者导电性） 金属中，由于组成金属的原子中的价电
2、子占据的能带是部分占满的，所以金属是良好的导体。 半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光照时，价带顶部的电子会得到能量激发到导带中去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相应的缺少电子，等效为带有正电子的空穴，电子和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导电性能。 一般对于绝缘体，禁带宽度较大，在温度升高或有光照时，能够得到能量而跃迁到导带的电子很少，因此绝缘体的导电性能很差。8半导体结构类型 金刚石结构（Si/Ge):同种元素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套构而成 闪锌矿（三、五族化合物如GaAs)：两种元素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套构而成 纤锌矿9对禁带宽度的影响 对
3、于元素半导体： 同一周期，左-右，禁带宽度增大 同一族，原子序数的增大，禁带宽度减小10一.锗、硅的化学制备11二、区熔提纯12影响区熔的因素影响区熔的因素 熔区长度熔区长度 一次区熔的效果，一次区熔的效果，l l越大越好越大越好 极限分布时，极限分布时，l l越小，锭头杂质浓度越低，纯度越高越小，锭头杂质浓度越低，纯度越高 应用：前几次用宽熔区，后几次用窄熔区。应用：前几次用宽熔区，后几次用窄熔区。 熔区的移动速度熔区的移动速度 电磁搅拌或高频电磁场的搅动作用，使扩散加速，电磁搅拌或高频电磁场的搅动作用，使扩散加速， 变薄，变薄，使使keffkeff与与KoKo接近，分凝的效果也越显著接近，
4、分凝的效果也越显著 凝固速凝固速 度度 f f 越慢，越慢，keffkeff与与KoKo接近，分凝的效果也越显著接近，分凝的效果也越显著 区熔次数的选择区熔次数的选择 质量输运质量输运 通过使锭料倾斜一个角度，用重力作用消除质量输运通过使锭料倾斜一个角度，用重力作用消除质量输运效应效应 根据提纯要求确定区熔长度、区熔速度和次数；清根据提纯要求确定区熔长度、区熔速度和次数；清洗石墨舟、石英管、锗锭；将舟装入石英管、通氢气或洗石墨舟、石英管、锗锭；将舟装入石英管、通氢气或抽真空，排气；熔区产生；高频感应炉（附加电磁搅拌抽真空，排气；熔区产生；高频感应炉（附加电磁搅拌作用）；区熔若干次作用）；区熔若
5、干次锗的水平区熔提纯 采用悬浮区熔的原因：高温下硅很活泼，易反应，采用悬浮区熔的原因：高温下硅很活泼，易反应，悬浮区熔可使之不与任何材料接触；利用熔硅表面张力悬浮区熔可使之不与任何材料接触；利用熔硅表面张力大而密度小的特点，可使熔区悬浮。大而密度小的特点，可使熔区悬浮。 质量输运问题的对策：硅的熔体密度小，质量迁移质量输运问题的对策：硅的熔体密度小，质量迁移向熔区方向进行。因此将熔区从下向上移动，靠重力作向熔区方向进行。因此将熔区从下向上移动，靠重力作用消除质量迁移。用消除质量迁移。硅的悬浮区熔提纯15作业 1.1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝
6、系数？数？ 2.2.写出写出BPSBPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。分凝系数的因素。 3.3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度杂质浓度CsCs公式公式, ,并说明各个物理量的含义。并说明各个物理量的含义。 4.4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件。区后几次用小熔区的工艺条件。16三.晶体生长理论基础 晶体生长的方式 晶体形成的热力学条件 晶体生长的三个阶段 均匀成核，非均匀成核 均匀成核过程中体系自由能随晶胚半
7、径的变化关系分析；图32P39，各种晶胚的特点 硅锗单晶的生长方法 直拉法生长单晶的工艺步骤p63 结晶过程中的结晶驱动力和溶解驱动力17结晶驱动力 结晶通常在恒温恒压下进行，相变向自由能减小的方向进行，若体积自由能大于表面能，就是结晶驱动力，若相反，就是熔解驱动力18晶体的外形 从能量的角度：晶体的平衡形状是总界面能最小的形状。19作业 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。能量及结构条件。 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？的定量关系如何？ 形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀
8、形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀形核形核功有何差别？形核形核功有何差别？20四、硅锗晶体中的杂质和缺陷 硅锗中杂质的分类 杂质对材料性能的影响 直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制方法 位错对材料性能的影响 位错对器件的影响21五 硅外延生长 名词解释名词解释 同质外延同质外延, ,异质外延异质外延, ,直接外延直接外延, ,间接外延，正外延，间接外延，正外延，反外延，自掺杂，外掺杂反外延，自掺杂，外掺杂 外延不同的分类方法以及每种分类所包括的种类外延不同的分类方法以及每种分类所包括的种类 硅气相外延原料硅气相外延原料 硅气相外延分类硅气相外延分类 用用SiCLSiCL4 4外延硅的原理以
9、及影响硅外延生长的因素外延硅的原理以及影响硅外延生长的因素 抑制自掺杂的途径？抑制自掺杂的途径？ 如何防止外延层的夹层？如何防止外延层的夹层？ 硅的异质外延有哪两种硅的异质外延有哪两种 在在SOSSOS技术中存在着外延层的生长和腐蚀的矛盾，如何解技术中存在着外延层的生长和腐蚀的矛盾，如何解决？决？ SOI SOI 材料的制备方法有哪些？各自是如何实现的？材料的制备方法有哪些？各自是如何实现的？22作业 什么是同质外延什么是同质外延, ,异质外延异质外延, ,直接外延直接外延, ,间接间接外延外延? ? 什么是自掺杂什么是自掺杂? ?外掺杂外掺杂? ?抑制自掺杂的途径有抑制自掺杂的途径有哪些哪些
10、? ? 什么是什么是SOS,SOISOS,SOI技术技术 SOISOI材料的生长方法有哪些材料的生长方法有哪些? ?每种方法是如何每种方法是如何实现的实现的? ?23六 三五族化合物半导体 什么是直接跃迁型能带什么是直接跃迁型能带, ,什么是间接跃迁型什么是间接跃迁型能带能带? ?硅锗属于什么类型硅锗属于什么类型, ,砷化镓属于什么类砷化镓属于什么类型型? ? 砷化镓单晶的生长方法有哪几种？砷化镓单晶的生长方法有哪几种？ 磷化镓单晶的生长方法磷化镓单晶的生长方法24七 三五族化合物半导体的外延生长 MBE生长原理 写出下列缩写的中文全称写出下列缩写的中文全称 CVDCVD，PVDPVD，VPE
11、VPE，SOS SOS ，SOI SOI ，MOCVDMOCVD，MBEMBE，LPELPE，CBECBE，ALE ALE ，MLEMLE 名词解释名词解释 气相外延气相外延 液相外延液相外延 金属有机物气相沉积金属有机物气相沉积 分子束外延分子束外延 化学束外延化学束外延 蒸发蒸发 溅射溅射25八三五族多元化合物半导体 什么是同质结？什么是同质结？ 异质结？异质结的分类有异质结？异质结的分类有哪些？哪些？ 什么是超晶格？势阱？势垒？量子阱？什么是超晶格？势阱？势垒？量子阱？26 认真复习期末复习ppt和期末复习题 考试时认真审题，不要遗漏问题 尽量回答所有空格，问答题 问答题（名词解释）回答要规范化，否则要扣分。 考试时不能携带复印或打印资料，否则算作弊。